焊接方法与设备--钨极惰性气体保护焊.ppt

2019/4/18,廖东波,1,焊接方法与设备 钨极惰性气体保护焊,2019/4/18,廖东波,2,第五章 钨极惰性气体保护焊,定义：使用钨极或者活化钨极作为电极的非熔化极惰性气体保护焊方法（TIG/GTAW）。,2019/4/18,廖东波,3,第一节 TIG焊的特点及应用 - TIG焊的原理,历史 提出于1911年 问题：惰性气体造价太高 实际应用于1930年用于镁合金的焊接 比强度高 镁合金易氧化 目前适用于焊接铝合金、镁合金,2019/4/18,廖东波,4,第一节 TIG焊的特点及应用 - TIG焊的原理,对钨极的基本要求：引弧稳弧性能好、耐高温不易损耗、电流容量大 钨极 -纯钨（3653K）or 钨合金 钨 熔点：3380 3653K 熔点最高的金属，耐热性好,2019/4/18,廖东波,5,第一节 TIG焊的特点及应用 - TIG焊的原理,保护气体-惰性气体 氩 氦 氖 混合气体：氩+氦 氩+氮 氩+氢,2019/4/18,廖东波,6,第一节 TIG焊的特点及应用 - TIG焊的原理,原理：产热、保护 薄件 不开坡口 不填丝 可采用脉冲焊 厚件 填充焊丝 开坡口 热丝焊,2019/4/18,廖东波,7,第一节 TIG焊的特点及应用 - TIG焊的优点,电弧稳定，熔池可见性好； 能实现高品质焊接，得到优良的焊缝； 焊接过程稳定，焊缝美观； 大的电流调节范围（5500A），薄板焊接容易； 可焊接的材料多； 可靠性高，焊接重要结构。,2019/4/18,廖东波,8,第一节 TIG焊的特点及应用 - TIG焊的缺点,焊前清理要求严格； 焊接效率低；（钨极限制，电弧易扩散，电流小、熔深浅、熔敷速度小） 焊接成本略高（焊条电弧焊、SAW、CO2焊）； 大电流焊接时钨极将烧损等。,2019/4/18,廖东波,9,第一节 TIG焊的特点及应用 - TIG焊的应用,各种金属，各个领域 活泼金属 金属基复合材料 厚、薄件 全位置 自动、手工 适合6mm以下， 6mm以上用于打底,2019/4/18,廖东波,10,第二节 TIG焊电流种类及极性,2019/4/18,廖东波,11,第二节 TIG焊的电流种类及极性,TIG焊时，焊接电弧的正、负极的导电和产热机构与电极材料的热物理性能密切相关，对焊接工艺有显著影响。 分类 直流 正接 反接 交流,2019/4/18,廖东波,12,第二节 TIG焊的电流种类及极性 - 直流正极性,钨极作为阴极，熔点高，发射电子能力强，逸出的电子有冷却阴极的作用 焊件为阳极，接受电子动能和逸出功，获得电弧热量的70%,2019/4/18,廖东波,13,第二节 TIG焊的电流种类及极性 - 直流正极性,特点： 熔深深而窄，生产效率高，应力与变形小 钨极许用电流大，寿命长 电弧引燃容易，燃烧稳定 不适合焊接铝、镁及其合金，直流正接主要用于焊接不锈钢,2019/4/18,廖东波,14,第二节 TIG焊的电流种类及极性 - 直流反极性,导电产热与正极性相反 阴极雾化（阴极清理、阴极破碎） 阴极金属熔点低发射电子困难氧化物发射电子形成阴极斑点正离子撞击氧化物气化寻找新的氧化物 氧化铝熔点2050，铝：657,2019/4/18,廖东波,15,第二节 TIG焊的电流种类及极性 - 直流反极性,缺点 钨极过热、烧损（2/3热量） 熔深浅而宽、生产效率低，应力与变形大 应用范围窄,2019/4/18,廖东波,16,第二节 TIG焊的电流种类及极性 - 交流TIG焊,雾化作用 钨极冷却 问题 电弧稳定性 直流分量,2019/4/18,廖东波,17,第二节 TIG焊的电流种类及极性 - 交流TIG焊,交流过零 电弧复燃困难 工件作为阴极的半周问题更加突出 措施 提高空载电压 高频震荡 高压脉冲,2019/4/18,廖东波,18,第二节 TIG焊的电流种类及极性 - 交流TIG焊,提高空载电压（150-200V） 问题： 变压器容量大、成本高 功率因素低 不安全,2019/4/18,廖东波,19,第二节 TIG焊的电流种类及极性 - 交流TIG焊,高频振荡（过零时在65V空载电压的基础上加一个3000V的高频电压） 问题 相位问题 电磁辐射,2019/4/18,廖东波,20,第二节 TIG焊的电流种类及极性 - 交流TIG焊,脉冲电压（负半周施加1500V的高压脉冲） 效果良好,2019/4/18,廖东波,21,第二节 TIG焊的电流种类及极性 - 交流TIG焊,直流分量及消除 产生原因 电极、工件的电、热物理性能及尺寸的差异 结果 正负半周电压、电流不对称 正负半周导电时间不相等,2019/4/18,廖东波,22,第二节 TIG焊的电流种类及极性 - 交流TIG焊,电流分解 交流电流 直流分量，方向：工件流向钨极 后果 消弱了阴极雾化作用 变压器变热,2019/4/18,廖东波,23,第二节 TIG焊的电流种类及极性 - 交流TIG焊,限制直流分量的方法 串接一个直流电源 电阻二极管法 电容法,2019/4/18,廖东波,24,第二节 TIG焊的电流种类及极性 - 交流TIG焊,串接一个直流电源 优点：易实现 缺点： 电势不能任意调，不能完全消除分量 电池体积庞大笨重 经常充电 现状：淘汰,2019/4/18,廖东波,25,第二节 TIG焊的电流种类及极性 - 交流TIG焊,电阻二极管法 优点：简单、体积小、元件少、效果好 缺点：电阻耗电、二极管受高频影响易烧损 现状：很少使用,2019/4/18,廖东波,26,第二节 TIG焊的电流种类及极性 - 交流TIG焊,串联电容 优点：效果好、不耗能 现状：广泛应用 另一种方法：使用方波交流弧焊电源,2019/4/18,廖东波,27,第三节 TIG焊设备,2019/4/18,廖东波,28,第三节 TIG焊设备,分类 操作方式分类 手工 自动 焊接电源分类法 交流 直流 矩形波,2019/4/18,廖东波,29,第三节 TIG焊设备,主要由：焊接电源、控制系统、引弧装置、焊枪、供气系统以及供水系统等组成。交流TIG方法时还需要具备稳弧装置。,2019/4/18,廖东波,30,第三节 TIG焊设备 - 焊接电源,外特性要求：陡降或者垂直下降特性,2019/4/18,廖东波,31,第三节 TIG焊设备 - 焊接电源,2019/4/18,廖东波,32,第三节 TIG焊设备 - 焊枪,气冷QQ（I150A）,作用：夹持电极、传导电流、输送保护气体,2019/4/18,廖东波,33,第三节 TIG焊设备 - 焊枪,焊枪的要求 良好的导电 气体良好的流态 良好的冷却 结构简单、重量轻、易维修,2019/4/18,廖东波,34,第三节 TIG焊设备 - 喷嘴,良好的流态 层流 紊流 保证 气体镇静室 喷嘴形状（形状、光洁度、出口边缘形状、同心度）,2019/4/18,廖东波,35,第三节 TIG焊设备 - 喷嘴,喷嘴形状 圆柱形（保护效果好） 收敛形（便于操作） 光洁度要好，喷孔沾有杂质，则形成紊流 材料 陶瓷（最广，廉，300A） 纯铜（500A，加绝缘套） 石英（贵，可见度好）,2019/4/18,廖东波,36,第三节 TIG焊设备 - 供气系统,P145 图6-14 由气源（高压气瓶）、气体减压阀、气体流量计、电磁气阀、软管等组成 氩气瓶：40L，15.2MPa 颜色：蓝灰色,2019/4/18,廖东波,37,第三节 TIG焊设备 - 保护气体,氩 无色无味，比空气重25%，有利于保护 空气中含量约1% 沸点：-186，（氧：-183；氮：-196） 焊接要求纯度：99.999.999% 惰性气体 不溶解，不反应：避免焊缝中合金元素的烧损（蒸发除外） 无脱氧去氢作用（焊前准备）,2019/4/18,廖东波,38,第三节 TIG焊设备 -保护气体,氩燃烧稳定性最好（电压可以在8-15V） 电离电压15.7V 单原子气体 导热系数小 氩气可直接从空气分离,2019/4/18,廖东波,39,第三节 TIG焊设备 -保护气体,氦 惰性气体 导热系数大，电弧温度高 太轻 电离电压24.5V（不易引弧稳弧） 不可从空气中分离，更贵,2019/4/18,廖东波,40,第三节 TIG焊设备 -保护气体,氦弧比氩弧更集中，熔透能力更强 氩弧有利于薄板焊接 对铝镁合金，氦弧直流正接时（无阴极清理），若短弧，因电子撞击阳极，同样可以具有破碎氧化膜的作用，可顺利焊接铝镁合金 焊接热导率高的材料考虑选用氦弧：铝、铜,2019/4/18,廖东波,41,第三节 TIG焊设备 -保护气体,混合气体 He+Ar 厚板、高热导、高熔点金属焊接（双层保护气体） Ar+H2 不锈钢、镍基合金、镍铜合金（加氢的目的是提高焊速） Ar+N2 铜及合金,2019/4/18,廖东波,42,第三节 TIG焊设备 - 电极,钨极的要求 耐高温 不易消耗 不夹钨 电子发射能力强（引弧稳弧） 电流容量大,2019/4/18,廖东波,43,第三节 TIG焊设备 - 电极,分类： 纯钨 钍钨 铈钨 锆钨,2019/4/18,廖东波,44,第三节 TIG焊设备 - 电极,纯钨 电子发射能力差、易消耗 便宜 一般用于交流焊接中,2019/4/18,廖东波,45,第三节 TIG焊设备 - 电极,钍钨 在钨中加入1-2%的ThO2 载流能力强，易引弧、寿命长 直流正接 直流反接、交流时效果不明显 增加直流分量 有放射性,2019/4/18,廖东波,46,第三节 TIG焊设备 - 电极,铈钨 1-2%CeO2 放射性较强、使用较少（电极端头为蓝色） 优点与钍钨相同 弧柱细，温度集中,2019/4/18,廖东波,47,第三节 TIG焊设备 - 电极,锆钨 更好，烧损极少,2019/4/18,廖东波,48,第三节 TIG焊设备 - 电极,电极形状,2019/4/18,廖东波,49,第四节 TIG焊工艺,2019/4/18,廖东波,50,第四节 TIG焊工艺 - 接头形式,薄板焊接（3mm以下板厚）：不开坡口，不加焊丝 超薄板，则需要卷边对接焊 表6-6 厚板焊接：开坡口，加焊丝 焊丝：与母材同成分（等成分匹配）,2019/4/18,廖东波,51,第四节 TIG焊工艺 - 焊前清理,惰性气体（优缺点） 清理方法 油污、灰尘（有机溶剂） 氧化膜 机械法 硬材料（抛光、吹砂、砂轮、砂带） 软材料（钢丝论、钢丝刷、刮刀） 化学法（AlMg） 机械+化学,2019/4/18,廖东波,52,第四节 TIG焊工艺 - 焊前清理步骤,铝合金清理焊前清理氧化膜步骤（化学法） 用丙酮除去铝板表面油污； 在室温下用5%的氢氧化钠溶液清洗2-5分钟； 用冷水冲洗； 在室温下用30%的硝酸溶液清洗2-5分钟； 用冷水冲洗，烘干。,2019/4/18,廖东波,53,第四节 TIG焊工艺 -焊接参数的影响及选择,参数：电流、电压、焊接速度、填丝速度、保护气流量、喷嘴孔径、钨极直径形状,I、V,v,L,v,2019/4/18,廖东波,54,第四节 TIG焊工艺 -焊接参数的影响及选择,IP可焊板材厚度 I凹陷 I熔透深度 I背面余高 I焊缝宽度 I正面余高 I咬边、焊漏 I未焊透,2019/4/18,廖东波,55,第四节 TIG焊工艺 -焊接参数的影响及选择,U熔宽 U熔深,距离选择原则：不短接条件下，越短越好。 不填丝：1-3mm; 填丝：3-6mm,2019/4/18,廖东波,56,第四节 TIG焊工艺 -焊接参数的影响及选择,焊接速度v热输入（凹陷、熔深、熔宽） v气孔、未焊透、裂纹、夹渣、保护效果 v焊穿、咬边 原则：采用比较低的焊速,2019/4/18,廖东波,57,第四节 TIG焊工艺 -焊接参数的影响及选择,填丝速度与直径 直径填丝 I填丝 间隙填丝 填丝速度不当 未焊透、焊缝余高过大、表面成型不好 焊穿、凹陷 板厚直径 间隙直径,2019/4/18,廖东波,58,第四节 TIG焊工艺 -焊接参数的影响及选择,2019/4/18,廖东波,59,第四节 TIG焊工艺 -焊接参数的影响及选择,电极直径选择原则：尽可能选用小的电极直径，承载所需要的电流,2019/4/18,廖东波,60,第四节 TIG焊工艺 -操作技术,引弧 非接触式（高频、脉冲、引弧板） 提前送气,2019/4/18,廖东波,61,第四节 TIG焊工艺 -操作技术,短弧焊,左焊法,不超过4mm,2019/4/18,廖东波,62,第四节 TIG焊工艺 -操作技术